TWI732697B

TWI732697B - 燃料電池胞、燃料電池胞製造方法

Info

Publication number: TWI732697B
Application number: TW109135829A
Authority: TW
Inventors: 佐久間憲之; 笹子佳孝; 安齋由美子; 右高園子; 横山夏樹; 堤貴志; 杉本有俊; 荒卷徹
Original assignee: 日商日立全球先端科技股份有限公司
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2021-07-01
Also published as: JPWO2021090424A1; CN114600286B; TW202119685A; EP4057401A1; CN114600286A; JP7324304B2; WO2021090424A1; EP4057401A4; US20220399558A1

Abstract

本發明之目的在於藉由確保燃料電池胞的機械強度，同時增大對發電有所貢獻的有效發電區域的面積，而提供高發電輸出之燃料電池胞。相關於本發明之燃料電池胞，於支撐基板與第1電極之間具備第1絕緣膜與第2絕緣膜，前述支撐基板具有第1開口部，前述第1絕緣膜具有第2開口部，前述第2絕緣膜具有第3開口部，前述第1開口部的開口面積，比前述第2開口部的開口面積更大，前述第3開口部的開口面積，比前述第2開口部的開口面積更大。

Description

燃料電池胞、燃料電池胞製造方法

本發明係有關燃料電池胞。

近年來，作為可以進行高能量變換，而且不會排出二氧化碳或氮氧化物等汙染物質的清潔能源，燃料電池受到矚目。燃料電池之中，固體電解質型燃料電池(以下簡稱為SOFC(Solid Oxide Fuel Cell))發電效率高，能夠以易於使用的氫、甲烷、一氧化碳等氣體作為燃料，所以與其他方式相比優點很多，作為省能源性/環保性優異的汽電共生(cogeneration)系統受到期待。SOFC為以燃料極與空氣極挾住固體電解質的構造，以電解質為隔壁對燃料極側供給氫等燃料氣體，供給空氣或氧氣。

於專利文獻1，在單晶矽基板形成貫通窗，對於在貫通窗依序層積了多孔質厚膜、燃料極、電解質膜、空氣極之基板，連結著由燃料氣體的改質器進行供給之歧管基板。該文獻藉由此一構造，提供可以在低溫(350～600℃)工作的矽型SOFC。

揭示於專利文獻1的矽型SOFC，於設置貫通窗的基板上中介著具有機械強度的厚膜多孔質構造體具有包含陽極與陰極的1組電極。進而，於電極間具備薄膜電解質。於該文獻之厚膜多孔質構造體設有成為氣體流道的空孔，以不會因形成於厚膜多孔質構造體上的電極材料塞住空孔內的方式，使空孔充分地縮小。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-532661號公報

[發明所欲解決之課題]

於專利文獻1，設於矽基板的貫通窗比設於厚膜多孔質的空孔還要大，進而歧管基板的空孔比矽基板的貫通窗還要大。亦即，隨著由歧管基板的空孔朝向厚膜多孔質構造體上的電極，燃料氣體的流道變窄，對發電有所貢獻的厚膜多孔質構造體的小的空孔部的有效面積變窄，而有單位基板的發電量減少的課題。

本發明係有鑑於前述課題而完成之發明，目的在於藉由確保燃料電池胞的機械強度，同時增大對發電有所貢獻的有效發電區域的面積，而提供高發電輸出之燃料電池胞。 [供解決課題之手段]

相關於本發明之燃料電池胞，於支撐基板與第1電極之間具備第1絕緣膜與第2絕緣膜，前述支撐基板具有第1開口部，前述第1絕緣膜具有第2開口部，前述第2絕緣膜具有第3開口部，前述第1開口部的開口面積，比前述第2開口部的開口面積更大，前述第3開口部的開口面積，比前述第2開口部的開口面積更大。 [發明之效果]

根據相關於本發明之燃料電池胞，可以確保燃料電池胞的機械強度，同時增大對發電有所貢獻的有效發電區域的面積。其他課題與新穎的特徵，可以由本說明書的記載以及附圖而詳細得知。

＜實施型態1＞

圖1係相關於本發明的實施型態1的燃料電池胞1之平面圖。如圖1所示，燃料電池胞1，在被形成於單晶矽(Si)構成的半導體基板2上的第1絕緣膜3與第2絕緣膜4上，形成第1電極5。第2絕緣膜4的上面，以由第1電極5覆蓋，同時使第1電極5的一部分露出的方式以電解質膜6覆蓋。於第1電極5與電解質膜6的內側被形成第2電極7。由上面來看的俯視圖的場合，開口部被第1電極5及第2電極7遮住而看不到，但在由下面(第1開口部8側)來看的平面圖，看得到在半導體基板2的第1開口部8內具有第2開口部9的第1絕緣膜3。第1絕緣膜3可透過，也可以觀察到比第2開口部9面積更大的第3開口部10。第1電極5與第2電極7，成為陽極或陰極電極，分別與外部連接而把燃料電池胞1發電之電力供給至外部。

圖2為圖1之A-A剖面圖。如圖2所示，半導體基板2，具有內側被除去之第1開口部8，於第1開口部8上作為第1絕緣膜3成為例如具有拉伸應力的氮化矽膜露出的形狀。於第1絕緣膜3內，以與第1開口部8連通的方式設有第2開口部9。於第1絕緣膜3上，作為第2絕緣膜4被形成例如具有壓縮應力的氧化矽膜，設有面積比第2開口部9還大的第3開口部10。第3開口部10與第2開口部9連通著。

第1開口部8平面俯視為矩形狀，1邊長度約為0.2mm～5mm。第2開口部9例如為圓形，直徑約為0.5μm～50μm。第3開口部10例如為圓形，直徑約為50μm～500μm。開口部面積的關係，為第1開口部8＞第3開口部10＞第2開口部9。

第1絕緣膜3與第2絕緣膜4被層積於半導體基板2上，作為支撐第1電極5、電解質膜、第2電極7之支撐部而發揮功能。於第2絕緣膜4上第1電極5以至少覆蓋第1開口部8的方式形成。亦即，第1電極5，於第3開口部10露出於第1開口部8側，成為接於燃料氣體或空氣的構造。第1電極5上的電解質膜6，以覆蓋第1開口部8，而且第1電極5的一部分露出的方式配置。電解質膜6上的第2電極7，以覆蓋第1開口部8，而且不與第1電極5連接的方式，中介著電解質膜6而形成。

藉由此構造，工作溫度的環境化之半導體基板2的熱膨脹導致的應力，分散而施加於第3開口部10的上下之膜(亦即第1絕緣膜3、第1電極5～第2電極7之層積膜)。亦即，即使有第3開口部10的空洞也不會破損。此外，作為第1開口部8全體，為第1絕緣膜3與第2絕緣膜4、以及第1電極5～第2電極7之層積膜，所以可緩和半導體基板2的熱膨脹導致的應力。又，製作第1開口部8、第2開口部9、第3開口部10為相同面積的試樣時，電解質膜6對半導體基板2具有壓縮應力，所以開口部內的包含電解質膜6的層積膜發生撓曲，確認了耐熱性有問題。

圖3為燃料電池胞1的製造步驟之圖1之A-A線的重要部位剖面圖。首先，如圖3所示，準備單晶矽且矽＜100＞的結晶方位所構成的半導體基板2，形成第1絕緣膜3。半導體基板2具有400μm以上的厚度。作為第1絕緣膜3，例如藉由CVD法形成約200nm具有拉伸應力的氮化矽膜。CVD法的場合，於半導體基板2背側也被形成相同膜厚的氮化矽膜。其次，使用光蝕刻技術，於表側的第1絕緣膜3實施圖案化，除去第1絕緣膜3的一部分。除去的區域，是相當於成為燃料氣體或空氣的出入口的第2開口部9的區域。其次，作為第2絕緣膜4，例如使用CVD法將氧化矽膜形成為比第1絕緣膜3還厚。

圖4顯示燃料電池胞1之次一製造步驟。如圖4所示，藉由CMP(化學機械研磨)，以減少第1絕緣膜3的階差的方式進行平坦化，形成第1絕緣膜3與第2絕緣膜4之層積膜。化學機械研磨後的第2絕緣膜4的膜厚，例如約200nm。

圖5顯示燃料電池胞1之次一製造步驟。如圖5所示，藉由濺鍍法將金屬膜例如鉑(Pt)膜形成為約20nm的厚度，使用光蝕刻法實施圖案化，使用根據Ar(氬)氣之乾蝕刻法形成第1電極5。此時，為了提高鉑膜與第2絕緣膜4之間的接著力，以在形成鉑膜前，藉著根據氬氣的濺鍍蝕刻把作為下底的第2絕緣膜4的表面蝕刻例如約10～15nm進行表面改質為佳。或者是做為幫助接著的障壁(barrier)金屬膜將鈦(Ti)膜形成約2nm為佳。其次，藉由光蝕刻技術形成負型光阻的圖案，使用濺鍍法作為電解質膜6形成500nm以下之例如YSZ膜(含釔的氧化鋯膜)。在本實施型態1，第2絕緣膜4的平坦性良好，所以即使中介著第1電極5，YSZ膜的結晶性也良好，例如即使薄薄地形成約100nm也可得到電子洩漏很少的膜。其次，藉由濺鍍法，例如將鉑膜形成約20nm，使用光蝕刻法實施圖案化，使用根據氬氣之乾蝕刻形成第2電極7。接著，對半導體基板2的背面之第1絕緣膜3使用光蝕刻技術與絕緣膜蝕刻技術使半導體基板2的背面露出。

圖6顯示燃料電池胞1之次一製造步驟。如圖6所示，把圖案化的半導體基板2背面的第1絕緣膜3作為遮罩，藉由根據KOH(氫氧化鉀)溶液或者TMAH(四甲基氫氧化銨)溶液之濕式蝕刻或者以氟系氣體為主成分的乾式蝕刻除去半導體基板2之矽膜，形成第1開口部8。又，第1絕緣膜3與第1電極5的蝕刻選擇比很充分，所以半導體基板2蝕刻結束後，也殘留作為蝕刻阻擋層。

其次，藉由氟系的濕式蝕刻，除去第2開口部9內部及第2開口部9上的第2絕緣膜4，形成燃料電池胞1。濕式蝕刻為向同性，所以不僅接於第2開口部9的面，橫方向也進行蝕刻，可以藉由液溫與時間來控制第3開口部10的面積。此外，第3開口部10上有第1電極5，藉由使第1電極5為對氟系藥品具有耐藥性之金屬膜，使電解質膜6不會腐蝕。

第1電極5與第2電極7，只要是對氟系藥品耐藥性佳，電阻率低，而且融點比使用溫度還高(例如600℃以上)的膜即可，例如使用鉑膜以外，也可以舉出銀(Ag)膜、鎳(Ni)膜、鉻(Cr)膜、鈀(Pd)膜、釕(Ru)膜、銠(Rh)膜等。

第1絕緣膜3不限於氮化矽膜，只要是氮化鋁膜等對矽基板具有拉伸應力的膜即可，第2絕緣膜4，亦可為含有硼或磷之矽氧化膜，或者是在低溫含有有機成分的P-TEOS膜。

接著，說明第2開口部9對成為發電區域的第3開口部10的關係。如前所述，若第1開口部8、第2開口部9、第3開口部10為相同面積，與半導體基板2之膜應力不同，所以開口部的1邊為約300μm的場合，發生約6μm的撓曲(往上凸的形狀)，容易引起膜破損。因此，不能增大開口部的面積，而有不能提高單位基板的發電輸出的課題。亦即，使電極所挾的電解質膜6的層積膜不發生撓曲是重要的。

圖7係變更相對於第3開口部10之第2開口部9的面積而評估變形量之結果。試樣，為第1開口部8的1邊約500μm，第3開口部10的直徑約300μm，使第2開口部9變化為50μm、150μm、300μm(與第3開口部10幾乎相同的面積)而測定膜的變形量。由圖可知，即使第3開口部10相同，也由於第2開口部9的面積變小而減少變形量。此外，確認了將試樣在500℃以上熱處理時，第2開口部9越小越不容易破損。

由以上所述，即使具有第3開口部10，只要第2開口部9為小面積，就可以保持第1絕緣膜3，與挾著電極的電解質膜6的層積膜之間的膜應力的平衡，可以達成耐熱性優異的膜構造，可謀求根據成為發電區域的第3開口部的大面積化所致的高發電輸出。

＜實施型態2＞圖8係相關於本發明的實施型態2的燃料電池胞1之剖面圖。如圖8所示，第1絕緣膜3、第1電極5、電解質膜6、第2電極7與實施型態1相同。與實施型態1不同之處，係於第1絕緣膜3上，被層積第2絕緣膜4與第3絕緣膜12，第3開口部10的側壁形狀隨著由第1絕緣膜3朝向第1電極5而變寬。

製造圖8的構造時，第2絕緣膜4形成後，藉由濕式蝕刻把第2絕緣膜4加工為錐狀後，作為第3絕緣膜12形成例如氮化矽膜，以使第2絕緣膜4不露出於第3開口部10內的方式覆蓋側壁。其後，雖未圖示，但將氧化矽膜在階差上形成為犧牲膜，藉由化學機械研磨將第3絕緣膜12平坦化作為阻擋層。形成第1電極5、電解質膜6、第2電極7的步驟，以及直到背面的第1開口部8形成為止，與實施型態1相同。

藉由使第2絕緣膜4不露出於第3開口部10內，形成第1開口部8後的氟系濕式蝕刻的時間即使很長，也被第3絕緣膜12阻擋而不會往外側擴展。亦即，可在晶圓內或者晶圓間以一定的面積製造第3開口部10。藉由抑制第3開口部10的離散，可以減低發電輸出的離散，所以可節省在串聯或者並聯連接燃料電池胞1往外部供電時之調整的勞力與時間。此外，藉由設第3絕緣膜12謀求第1開口部8內的膜強度提高，藉由設錐狀可以使第3開口部10更為寬廣，可預期發電輸出的提高。

於本實施型態3，做成在第3開口部10側壁具有錐狀的形狀，但把第2絕緣膜4藉由乾式蝕刻加工而成為85°以上幾乎垂直的構造，只要第3絕緣膜12的覆蓋性良好的話，就可得到同樣的效果。第3絕緣膜12，以具有耐受氟系濕式蝕刻的性質，而且具有拉伸應力為佳，亦可為氮化鋁膜等。

＜實施型態3＞圖9係相關於本發明的實施型態3的燃料電池胞1之平面圖。如圖9所示，由上面俯視，第1電極5、電解質膜6、第2電極7的形狀，與實施型態1～2相同。但是由下側來看的場合，於第1開口部8內的第1絕緣膜3內被配置複數圓形小面積的第2開口部9，於第2開口部9內露出而可見到第1電極5。

第1開口部8，平面俯視為矩形，1邊長度例如約為500μm。第2開口部9，例如為直徑約1μm的圓形，以相鄰的第2開口部9的間隔為約1μm而幾乎為相等的方式配置為佳。第3開口部10的開口尺寸，被形成為複數排列的第2開口部9之中比最外側兩端更形成到外側。第3開口部10的平面形狀亦可不是直線，但接近於矩形的1邊長度約為300μm。開口部面積的關係，為第1開口部8＞第3開口部10＞第2開口部9，與實施型態1～2相同。

圖10為圖9之B-B剖面圖。於圖10，燃料電池胞1，與實施型態2比較的話，於第1絕緣膜3內第2開口部9被排列形成複數個，被形成於其上的第2絕緣膜4的第3開口部10的開口尺寸，比複數個排列的第2開口部9的最外側兩端還要大。第3開口部10的形成方法，與實施型態2相同，在形成第1開口部8之後的氟系濕式蝕刻時，藉著除去鄰接的第2開口部9以及上面的未圖示之成為犧牲層的矽氧化膜而形成。亦即，可以使第3開口部10增大直到第2開口部9的外側為止，而且第3開口部10的側壁被第3絕緣膜12阻擋，可以使第3開口部10的面積為一定。藉此可以減低發電輸出的離散。使相鄰的第2開口部9的間隔變窄的話，可以縮短蝕刻時間，可以使氣體的流入流出更為提高，更可謀求發電輸出的安定化。

相關於本實施型態3的燃料電池胞，藉由配置複數個第2開口部9，可以擴展燃料氣體流入流出的實質開口面積，所以比相關於實施型態1～2的燃料電池胞1，可以使得由第1開口部8側往第3開口部10內的氣體的流入流出變得容易，可以達成安定的發電輸出。

＜實施型態4＞圖11係相關於本發明的實施型態4的燃料電池胞1之平面圖。如圖11所示，由上面俯視，第1電極5、電解質膜6、第2電極7的形狀，與實施型態3相同。但是由下側來看的場合，於第1開口部8內的第1絕緣膜3內被配置複數圓形小面積的第2開口部9，於第2開口部9內露出而可見到第1電極5。與實施型態3不同之處，在於第3開口部10有複數個。

第1開口部8，平面俯視為矩形，1邊長度例如約為5mm。第2開口部9，例如為直徑約1μm的圓形，以相鄰的第2開口部9的間隔為約1μm而幾乎為相等的方式配置為佳。第3開口部10，為矩形狀，1邊長度約為300μm，第3開口部10間的間隔約為100μm。開口部面積的關係，為第1開口部8＞第3開口部10＞第2開口部9，與實施型態1～2相同。

於圖11，使第3開口部10的形狀為矩形，但藉由使其為圓形或六角形等多角形的形狀，可以謀求在第1開口部8內有效率地全面鋪上而使發電區域大面積化，可以提高發電輸出。

圖12為圖11之C-C線之剖面圖。於圖12，相關於本實施型態4的燃料電池胞1，與實施型態3比較的話，如前所述於第1絕緣膜3被排列複數個第2開口部9的第3開口部10排列形成複數個。第3開口部10的側壁，與實施型態3同樣被配置第3絕緣膜12，可以使第3開口部10的面積一定，可以減低發電輸出的離散。此外，藉由考慮到第1開口部8全體的應力，同時把第3開口部10的形狀變更為六角形等，縮窄間隔，可以進而增大發電區域的面積，可以達成高發電輸出。

相關於本實施型態4的燃料電池胞，具有使實施型態3之第3開口部10在第1開口部8內設置複數個的構造。藉此，增加氣體與第1電極5接觸的面積，可得高的發電輸出。

＜實施型態5＞圖13係相關於本發明的實施型態5的燃料電池胞1之剖面圖。相關於本實施型態5的燃料電池胞，在第3開口部10與第1電極5之間具有應力調整膜15。如圖13所示，第3開口部10的形狀與實施型態3相同，但以至少覆蓋第3開口部10的方式形成應力調整膜15。應力調整膜15，例如以氮化鋁等形成，粒界具有沿著膜厚方向延伸的柱狀晶構造，膜厚約為50nm的薄膜而雖為連續膜，但是為可通過燃料氣體或空氣等之膜。應力調整膜15，對半導體基板2具有拉伸應力，而且是對氟系藥品的耐藥性優異之膜，維持發電輸出的情況下與具有壓縮應力的電解質膜6之應力平衡為良好，耐熱性提高。

＜實施型態6＞圖14係相關於本發明的實施型態6的燃料電池胞1之平面圖。如圖14所示，為了把實施型態6之燃料電池胞21之往外部的輸出端子配置於相同高度，分離而形成第3電極20與第2電極7作為電解質膜6上之同一層。第3電極20，以嵌合於形成在電解質膜6內的接觸孔19的方式配置。由燃料電池胞21的下面(第1開口部8側)來看的場合，於第1開口部8內被配置複數第2開口部9，通過第3開口部10露出第1電極5。第3開口部10也被配置複數個，與實施型態4同樣。

圖15為圖14之D-D剖面圖。如圖15所示，燃料電池胞1的剖面構造，係於半導體基板2形成第1開口部8，同時於其上連續形成第1絕緣膜3與第4絕緣膜17與第5絕緣膜18，以貫通第1絕緣膜3、第4絕緣膜17、第5絕緣膜18的方式設有第2開口部9。第4絕緣膜17，例如為具有壓縮應力的氧化矽膜，第5絕緣膜18，例如為具有拉伸應力的氮化矽膜。藉由層積具有拉伸應力的膜與具有壓縮應力的膜，提高第1開口部8上的全體的膜強度。進而，與第3開口部10上的第1電極、電解質膜6、第2電極7的層積膜之膜強度平衡變佳，提高耐熱性。

以覆蓋第1電極5的方式形成電解質膜6，為了外部輸出的緣故僅一部分加工接觸孔19之後，在與第2電極7相同層形成第3電極20。又，藉由被形成複數個之接觸孔19，第1電極5與第3電極20被連接，與第2電極7為分離。

其次，說明燃料電池胞1的模組安裝。對燃料電池胞1之被設置第1開口部8的背面側供給例如氫氣的場合，為了形成氣體的流道，設有陶瓷或金屬構成的下部的台座22，使用黏著材或密封材保持氣密性。於台座22，被連接供氣體流出流入之用的氣體配管26，連接於第1開口部8。燃料電池胞1之具有電極端子的上側為了作為空氣的流道，載置著設了配線23與24之上蓋基板25。上蓋基板25的材料也為陶瓷或金屬。配線23與第3電極20連接，配線24與第2電極7連接。配線23與配線24，為可以透過未圖示的控制發電的裝置等而連接於消耗來自燃料電池胞21的電力之裝置。當然，在上蓋基板25上，配線23與24為分離的，未導電連接。又，於上蓋基板25亦可被連接著供導入與第1開口部8不同的氣體之用的配管。

由半導體基板2到第3電極20的上面為止的高度，與由半導體基板2到第2電極7的上面為止的高度約略相等。藉此，第3電極20與配線23之間的接觸成為良好，同時第2電極7與配線24之間的接觸變得良好，可以減低發電損失。此外，藉由使這些的高度約略相等，可以藉由上蓋基板25而氣密密封空氣流道。進而，以氫氣與空氣不混合的方式，使燃料電池胞1發揮隔壁的作用，同時藉由在被供給空氣之側具有輸出電極，電極(第1電極5或第2電極7)沒有腐蝕之虞，此外氫氣也沒有著火之虞。

藉由上蓋基板25上接著燃料電池胞21，於其上重疊上蓋基板25，可以堆疊複數個燃料電池胞1而提高發電量。在此場合，於上蓋基板25的上面(與被供給空氣之面對向之面)側與台座22同樣被形成供給氫氣之用的流道。台座22與上蓋基板25，為了保持氣密性有必要藉由治具等而由外部夾緊上下。此時，第3電極20與第2電極7的高度不一致的場合，有負荷施加於燃料電池胞1以致破損之虞，但本實施型態6的話可以避免。此外，關於工作時的熱應力也能夠以均等施加的方式設計。此外，為了緩和燃料電池胞1與上蓋基板25之電極，以及對第1開口部8以外的半導體基板2施加推擠力的場合之應力，配置具有伸縮性而具有耐熱性的緩衝材亦可。

＜實施型態7＞圖16係說明相關於本發明的實施型態7的燃料電池系統的構成之側剖面圖。燃料電池胞1，係實施型態1～6之任一所說明的。把燃料電池胞1配置微陣列狀，於燃料電池胞1的上方形成空氣室。透過空氣導入口往空氣室內導入空氣，由空氣排出口排出。於燃料電池胞1的下方形成燃料室。透過燃料導入口往燃料室內導入燃料氣體，由燃料排出口排出。燃料電池胞1透過連接部與外部負荷連接。

＜本發明之變形例＞本發明不限定於前述之實施型態，也包含種種變形例。例如，前述實施型態係為了使本發明易於了解而進行了詳細的說明，但並不限定於具備先前說明的全部構成。此外，把某個實施型態的構成的一部分置換至其他實施型態的構成亦為可能，此外，在某個實施型態的構成加上其他實施型態的構成亦為可能。此外，針對各實施型態的構成的一部分，進行其他構成的追加、削除、置換是可能的。

於以上的實施型態，開口面積的關係係以第1開口部8＞第3開口部10＞第2開口部9進行了說明。但此處所說的開口面積，係由圖2之下方來看時(亦即由第1開口部8往第3開口部10的方向來看時)的開口面積。

1:燃料電池胞 2:半導體基板 3:第1絕緣膜 4:第2絕緣膜 5:第1電極 6:電解質膜 7:第2電極 8:第1開口部 9:第2開口部 10:第3開口部 12:第3絕緣膜 15:應力調整膜 17:第4絕緣膜 18:第5絕緣膜 19:接觸孔 20:第3電極 22:台座 23:配線 24:配線 25:上蓋基板 26:氣體配管

[圖1]係相關於實施型態1的燃料電池胞1的平面圖。 [圖2]為圖1之A-A剖面圖。 [圖3]為燃料電池胞1的製造步驟之圖1之A-A線的重要部位剖面圖。 [圖4]顯示燃料電池胞1之次一製造步驟。 [圖5]顯示燃料電池胞1之次一製造步驟。 [圖6]顯示燃料電池胞1之次一製造步驟。 [圖7]係變更相對於第3開口部10之第2開口部9的面積而評估變形量之結果。 [圖8]係相關於實施型態2的燃料電池胞1的剖面圖。 [圖9]係相關於實施型態3的燃料電池胞1的平面圖。 [圖10]為圖9之B-B剖面圖。 [圖11]係相關於實施型態4的燃料電池胞1的平面圖。 [圖12]為圖11之C-C線之剖面圖。 [圖13]係相關於實施型態5的燃料電池胞1的剖面圖。 [圖14]係相關於實施型態6的燃料電池胞1的平面圖。 [圖15]為圖14之D-D剖面圖。 [圖16]係說明相關於實施型態7的燃料電池系統的構成之側剖面圖。

1:燃料電池胞 2:半導體基板 3:第1絕緣膜 4:第2絕緣膜 5:第1電極 6:電解質膜 7:第2電極 8:第1開口部 9:第2開口部 10:第3開口部

Claims

一種燃料電池胞，具備：具有第1開口部的支撐基板、具有與前述第1開口部連通之第2開口部而被配置於前述支撐基板上的第1絕緣膜、具有與前述第2開口部連通之第3開口部而被配置於前述第1絕緣膜上的第2絕緣膜、被配置於前述第2絕緣膜上的第1電極、被配置於前述第1電極上的電解質膜、以及被配置於前述電解質膜上的第2電極；前述第1開口部的開口面積，比前述第2開口部的開口面積更大，前述第3開口部的開口面積，比前述第2開口部的開口面積更大。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述第1電極，被配置於覆蓋前述第2開口部與前述第3開口部的位置。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述第3開口部的前述支撐基板側之開口面積，比前述第3開口部的前述第1電極側之開口面積更小。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述燃料電池胞進而具備被配置於前述第2絕緣膜與前述第1電極之間的邊界面，同時覆蓋前述第3開口部的側壁之第3絕緣膜。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述第1絕緣膜具有複數之前述第2開口部，前述複數之第2開口部的兩端尺寸，比前述第3開口部的開口尺寸更小。
如請求項4之燃料電池胞，其中前述第1絕緣膜具有複數之前述第2開口部，前述複數之第2開口部的兩端尺寸，比由覆蓋前述第3開口部的一方側壁的前述第3絕緣膜表面起直到覆蓋另一方側壁的前述第3絕緣膜表面為止的尺寸更小。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述燃料電池胞進而具備被配置於前述第2絕緣膜與前述第1電極之間的邊界面，同時將前述第3開口部區分為複數個區隔的第3絕緣膜。
如請求項7之燃料電池胞，其中前述第1絕緣膜，於前述第3開口部的各區隔具有前述第2開口部。
如請求項7之燃料電池胞，其中前述第1絕緣膜於前述第3開口部的各區隔具有2個以上之前述第2開口部。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述燃料電池胞進而具備被配置於前述第1電極與前述第2絕緣膜之間，覆蓋前述第3開口部的應力調整層；前述應力調整層，對前述支撐基板具有拉伸應力，且具有粒界沿著對膜厚方向平行的方向延伸的柱狀結晶構造。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述電解質膜，具有接觸孔，前述燃料電池胞，進而具備藉由與前述接觸孔嵌合而與前述第1電極接觸之第3電極。
如請求項11之燃料電池胞，其中由前述支撐基板到前述第3電極的最上面為止的距離，與由前述支撐基板到前述第2電極的最上面為止的距離，係以藉由蓋構件覆蓋前述燃料電池胞時前述第2電極與前述蓋構件之間的空間被氣密密封的方式構成的。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述燃料電池胞，進而於前述第1電極與前述支撐基板之間，具有：對前述支撐基板具有壓縮應力之層，以及對前述支撐基板具有拉伸應力之層。
如請求項1之燃料電池胞，其中前述第1絕緣膜，具有拉伸應力。
一種燃料電池胞製造方法，係製造燃料電池胞之方法，具有：形成支撐基板之步驟、於前述支撐基板上形成第1絕緣膜之步驟、形成貫通前述第1絕緣膜的第2開口部之步驟、於前述第1絕緣膜上形成第2絕緣膜之步驟、使前述第2絕緣膜平坦化之步驟、於前述第2絕緣膜上形成第1電極之步驟、於前述第1電極上形成電解質膜之步驟、於前述電解質膜上形成第2電極之步驟、於前述支撐基板之中不與前述第1絕緣膜相接之側的面形成與前述第2開口部連通的第1開口部之步驟、以及於前述第2絕緣膜內形成與前述第2開口部連通的第3開口部之步驟。